以賽促改 推動科研反哺本科實驗教學

陳珠靈, 湯 儆, 許紫婷, 魏巧華, 袁耀鋒

(福州大學 化學學院, 福建 福州 350108)

進入21世紀,要實現高等教育內涵式發展,建設高等教育強國,培養化學創新“一流”人才是化學實驗教學的主要宗旨[1-2]。化學實驗教學作為培養學生創新能力的主要途徑之一,是將專業基礎理論用于實際工作的紐帶,是化學類人才培養的重要環節,是專業教育與創新創業教育相結合的重要體現[3-4]。眾所周知,化學實驗教學在化學專業教學中具有舉足輕重的地位。然而,近年來受到績效考核及各種大學排名等影響,加上本科教學難以量化,不具有“短、平、快”的特點,難以短期內見效,致使化學實驗教學尚存在以下問題[5-9]:

(1) 實驗教學內容比較陳舊、部分內容低層次重復、教學方式單一、實驗方法基本以灌輸、模擬和驗證為主,不利于培養學生創新思維和學習主動性,難以滿足化學創新“一流”人才培養的要求。

(2) 重科研輕教學,尤其輕視實驗教學。高層次人才師資和教師精力更多投向科研,使得實驗教學邊緣化,教師從事實驗教學熱情不高；專業實驗室和實驗教學相互獨立、教師之間缺乏交流,不利于實驗教學隊伍的整體規劃、建設和業務水平的提高,實驗教師隊伍老化、學歷層次低、知識結構單一,缺乏與國內外高水平大學的交流學習。

為了解決上述化學實驗教學的問題,通過對“985工程”“211工程”高校的大量調研并結合我校化學專業的實際情況,發現積極組織和鼓勵大學生參與化學實驗競賽是培養大學生創新能力的一個有效手段。此外,鑒于目前高校教師重科研輕教學的實際情況,充分利用我校化學學院科研實力較強的優勢,把科研工作中部分實驗內容作為學生的綜合實驗及創新實驗項目,同時將教師的部分科研成果轉化為本科生化學競賽的題目,為化學專業實驗教學提供了優秀素材,培養了學生的創新能力,提升了實驗教學隊伍的教學水平。為此,提出“以賽促改、賽學結合、守正創新、科研引領”的化學實驗教學改革新理念,以化學實驗競賽為抓手,促進實驗教學平臺的軟、硬件建設和實驗教學改革的方案,積極推動科研反哺本科實驗教學,積極探索化學專業“一流”人才培養模式改革。

1 科研成果轉化為實驗教學內容

按照“基礎性、科學性、創新性、環保性”4大原則推出一批具有我校特色的本科生實驗課程,這些實驗課程不僅可用于大學生化學競賽,而且可拓展為本科生的基礎實驗、綜合實驗和創新性實驗[10-12]。大學生化學實驗競賽項目一方面涉及到基本操作的運用,考查學生的實驗動手能力,另一方面又涉及到現代物理化學手段在分析測試中的作用；結合選取的項目安排運用一些大型儀器設備,如紅外光譜、紫外光譜、色譜、核磁共振譜等分析、檢測和表征實驗產物,考查學生的實際動手操作能力。對有機、無機、分析的基礎化學實驗教學體系和內容進行整合優化,改革原有的以驗證原理為主和大量浪費化學試劑的課程結構,刪減重復內容,篩選出危險性低、污染少的項目,增添化學儀器分析應用的實驗內容,倡導綠色化學。如在無機基礎化學實驗中刪除了與分析化學實驗重復的實驗項目——酸堿滴定,增加了新的實驗項目——氧化還原反應與電化學,使無機基礎化學實驗與無機化學理論課程有機地結合,加深了學生對電化學相關知識的理解。

通過化學實驗競賽,許多科研成果可轉化為大學生化學競賽實驗,將這些實驗選擇性地轉化到實驗教學中,使化學專業實驗的內容得到進一步更新和完善。例如第一屆福建省大學生化學競賽中的實驗操作試題——用廢舊易拉罐制備明礬及其鋁含量的測定,在命題過程不斷摸索驗證和競賽過程真題演練的基礎上,形成“綜合化學實驗(1)”的實驗內容,于2017年3月向本科三年級學生開設授課。另外基于異煙酰肼衍生物的合成及超分子化學研究、Gemini表面活性劑的合成及界面協同性質研究、食品中農藥殘留的快速檢測新方法研究等與教師科研相關的內容，都已經作為本科生綜合化學實驗予以安排。

2 科研平臺的大型儀器向本科生實驗教學開放

將化學學院測試中心與實驗示范中心融合,使先進的大型儀器不僅為教師的科學研究服務,而且向本科生開放。一方面使得本科生可以了解掌握近代實驗方法和技術,另一方面可以提高大型儀器的利用率。我校實驗中心的教學儀器以常規的儀器設備為主,現代化大型儀器(如核磁共振儀、液相-質譜聯用儀等)數量較少,要讓大多數學生熟練掌握現代化的大型儀器的使用難度較大。為此,充分發揮我校化學學院能源與環境光催化國家重點實驗室、教育部食品安全分析與檢測重點實驗室等科研平臺的優勢,將開放型實驗項目、高年級的綜合化學實驗安排在這些科研平臺上由導師直接指導完成,取得了良好的效果。

3 以賽促學,開展本科生的科研訓練

我校將本科生的綜合實驗、創新實驗與本科生的科研訓練(SRTP)相結合,為優秀本科生創造早期進行科學研究的條件。我院要求所有承擔省部級、國家級項目的教授和博士均承擔本科生的科研訓練項目(SRTP),把本科生的開放性創新實驗與導師的科研項目密切結合起來,鼓勵教師能將自己的科研成果和學術思想融入到實驗教學環節中,教師運用自己的學術研究能力和科學研究的方法指導學生,使學生養成良好的分析問題、解決問題的習慣,激發學生的學習興趣,培養學生的創新精神。在開展綜合實驗教學中,教師將承擔科研項目的內容轉化為教學案例,使學生通過具體的研究項目、研究內容、研究方法,加深對基礎理論、基本概念的理解及實際應用,也使學生更充分地了解化學學科發展前沿,以及將所學的理論知識轉化成學生認識和解決實際問題的能力。

科學研究反哺教學,在本科生實驗體系設計、內容安排等方面發揮了至關重要的作用,一批具有我校特色的科研成果及時轉化為實驗內容和綜合化學實驗教材,從而加快了實驗內容的更新,提高了教學質量[10-12]。我校本科生從第三學期開始申請SRTP項目,每個項目組有三年級和二年級學生2～3人,每年約有25項SRTP,約50名左右的優秀本科生從二年級上學期開始,利用業余實踐時間和寒暑假進入導師實驗室進行科學研究。2015年至今,據不完全統計,這些學生參與的科研論文已有80余篇被SCI收錄。

4 以賽促學,提高學生的創新實踐能力

化學競賽促進了大學生實踐創新能力的培養[10-12]。大學生的動手能力、解決實際問題的能力,以及化合物合成、純化分離及結構鑒定等能力在化學實驗競賽得到充分體現,創新實踐能力得到充分強化和鍛煉。我院每個年級化學專業5個班共約150人,在選拔省級及國家級大學生化學實驗競賽之前,學院采用初賽、復賽方式,選拔優秀學生,同時對大學生化學實驗競賽選拔過程中成績進行量化、轉化為學分,在學生學業成績中得到體現。

化學實驗競賽涉及到的知識面比較廣,化學學科的特點要求學生必須做到細致、準確、靈活、面寬。對于選擇的競賽題目,首先要進行實驗設計,包括制定實驗步驟、實驗過程中要注意觀察的現象和所需采集的信息及數據。實驗結果要進行準確的分析和表征。因此,一個循環后要及時總結實驗中的經驗和不足,為開展下一步的實驗奠定基礎。2015年6月,我校通過組織福建省首次“大學生化學實驗夏令營”的方式對學生進行訓練和賽前選拔,學生的創新實踐能力得到充分強化和鍛煉,切實提高了學生的參賽水平；2016年,我校搭建了福建省內首個化學實驗競賽平臺并籌辦第一屆福建省大學生化學實驗邀請賽,不僅鼓勵了學生勇于創新和挑戰,激發學生興趣和熱情,也為福建省幾十所高校大學生互相交流、互相學習、綻放自我、展現風采提供了機會。化學實驗競賽集訓基地的建設為我校化學及相關專業近1 000名學生提供了更多的實驗訓練機會,有利于學生分析問題、解決問題等創新能力的提高和綜合素質的培養。

5 以賽促改取得的成果

實踐表明,以大學生化學競賽為切入點,以賽促改,推動科研反哺本科實驗教學,緩解了目前重科研輕教學,尤其是不夠重視實驗教學的問題。這一措施一方面及時更新了實驗教學內容,提高了實驗教學的效果；另一方面提高了實驗教師隊伍素質,全面提升了我校化學實驗教學水平。近5年來,我校化學專業本科生參與的科研成果在國內外各類期刊雜志上發表論文共210多篇,其中SCI論文80多篇,教師發表的與實驗教改相關的論文9篇。化學專業的本科生參加全國化學競賽獲得了三等獎3項、二等獎3項，全國高校化學視頻大賽一等獎5項，本科生參加省級化學競賽獲得特別獎3項、優秀獎14項，獲得福建省第九屆高等教育教學成果獎一等獎1項，獲得福州大學校級教學成果獎特等獎2項、一等獎2項、二等獎3項，福州大學教學優秀獎一等獎6項 、二等獎4項、三等獎9項。2015年6月,我校主辦福建省高校化學實驗夏令營；2016年4月,我校化學實驗中心成功舉辦了“首屆福建省大學生化學實驗邀請賽”,有16所省內高校及臺灣淡江大學師生代表參加；2016年10月,邀請了廈門大學、福建師范大學等福建省16所高校的省賽組委會委員及實驗教學骨干教師共計38人,召開了“福建省大學生化學實驗邀請賽組委會第一次會議暨2016年福建省高等院校實驗中心主任聯席會議”,近20所省內高校代表參會,擴大了實驗中心的影響和輻射作用。2016年7月,福州大學化學實驗中心成功獲得了第十一屆全國大學生化學實驗邀請賽的承辦權,開創了第一次非“985工程”高校承辦的先例。

6 結語

總之,在“以賽促改、賽學結合、守正創新、科研引領”的化學實驗教學改革新理念的指導下,積極開展本科生化學的實驗內容和實驗模式的改革。將競賽與傳統實驗教學相結合,充分利用我校能源與環境光催化國家重點實驗室、教育部食品安全分析與檢測重點實驗室等科研團隊的優勢,從科研課題中挖掘實驗內容,將綜合性強的科研內容轉化為本科生的實驗內容,對實驗教學內容進行優化,同時采取科研平臺對本科生開放、積極開展本科生科研訓練等一系列科研反哺本科實驗教學改革新舉措,取得了較顯著的教學成果。